酚醛树脂基低烧蚀复合材料的设计与分析开题报告

全文总字数：4517字

1. 研究目的与意义（文献综述）

热防护系统广泛应用于各个领域，其在火箭燃烧室、火箭发动机喷嘴和高超音速飞行器中都有着重要应用。酚醛树脂由于具有较高的阻燃性、抗氧化性和独特的耐烧蚀性能，是热防护体系应用的首选烧蚀材料。但是随着航空航天领域的不断发展，对超高速飞行器研究的不断深入，材料表面的温度及热流速率的大幅提高，酚醛树脂由于其在极高温度下残碳率不高、固有的脆性以及在烧蚀过程中收缩率大等缺陷，传统的酚醛树脂烧蚀材料不足以满足现在的应用，因此对于酚醛树脂的改性以及填料的加入是十分必要的。聚合物基烧蚀材料与高熔点金属、无机聚合物（或金属氧化物或碳化物）等非聚合物相比，其具有密度可调、低成本和更高的抗热冲击能力固有的优点，所以其应用最为广泛。酚醛树脂热稳定性好，是聚合物基耐烧蚀复合材料最常用的基体。传统的纤维增强酚醛树脂复合材料是通过材料燃烧带走热量从而实现对内部材料的热防护作用，但是其耐热温度较低，不适用于航天热防护材料的应用。因此利用陶瓷粉及助熔剂形成的可陶瓷化聚合物基复合材料是研究重点。

近年来，可陶瓷化复合材料在阻燃耐火领域受到很大的关注。r. anyszka等研究硅橡胶/有机改性蒙脱土/氧化硼可陶瓷化复合材料，用甲基三丁基氯化铵对蒙脱土进行改性，在烧结的过程之中，改性填料中有机链依据霍夫曼消除反应分解产生挥发产物，因此在陶瓷化表面形成纳米孔结构，纳米孔结构的存在可以在不损失陶瓷机械强度的情况下提升材料表面的热防护性能。siskahamdani等对钙、铝类阻燃填料对硅橡胶性能的影响，对于不释放水类钙铝填料（如硅酸钙、碳酸钙等）：填料的形态和其与基体的反应程度对于残碳率均有大的影响，对于钙基填料，高的cao生成量，其与基体便可以进行更好的共晶化反应，形成更好的保护层；血小板状及斜方六面体填料较之球形和针型填料可以形成更有效的屏蔽保护，复合材料的残碳率高；对于释放水的填料和表面含羟基的填料，血小板状/菱形/微型填料较之针状和纳米填料可以形成更为有效的屏蔽保护层。 赵东等在eva复合材料之中利用多磷酸铵（app）和硅酸盐玻璃填料之间的反应，当样品从室温烧结到800甚至更高时，其残留物的主要晶相为方英石，进行陶瓷化。其讨论了二叔丁基过氧化异丙基苯作为eva的交联剂对材料自支撑性能和陶瓷化性能的影响，三维交联结构的形成提升材料从室温到陶瓷化过程中的自支撑性能，从而有助于形成具有更高弯曲强度和完整性的陶瓷化残渣层。dongpei he等人采用模压技术制备了硼酚醛/高硅玻璃纤维/硅酸铝矿物粉末复合材料，证实无机填料在1000摄氏度高温下进行陶瓷化反应形成方石英；分析了不同填料含量对复合材料性能的影响，研究发现当填料含量为30%时，在高温下质量损失最少。

本课题以硼酚醛树脂为基体，加入陶瓷颗粒等填料设计一种耐高温低烧蚀酚醛树脂基复合材料，并且对其性能进行分析。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容 （1）酚醛树脂基低烧蚀复合材料的文献调研情况； （2）酚醛树脂基低烧蚀复合材料配方设计； （3）酚醛树脂基低烧蚀复合材料的制备方法设计； 2.2 研究目标 （1）了解酚醛树脂基低烧蚀复合材料研究进展； （2）掌握酚醛树脂基低烧蚀复合材料的制备方法及选材配方设计；（3）掌握进行科学研究的基本方法。

2.3 技术方案 （1）总结国内外酚醛树脂基低烧蚀复合材料的研究状况及发展趋势。

（2）了解耐高温低烧蚀酚醛树脂基复合材料的性能要求，查找相关组分资料，对比分析完成组分的设计以及制备方案，分析材料性能。

3. 研究计划与安排

第1－5周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，确定技术方案，并完成开题报告。

第6－9周：分析相关文献资料，进行文献综述与技术方案的选择确定。

第10－11周：完成酚醛树脂基低烧蚀复合材料的综述部分以及查阅相关资料完成复合材料组分配方设计工作。

4. 参考文献（12篇以上）

1.李泽亚. 铁改性酚醛树脂合成、结构表征及热解制备纳米碳的研究[d].武汉科技大学,2018.

2.胡茂明,严兵.有机硅改性酚醛树脂合成及应用性能[j].工程塑料应用,2019,47(04):30-34.

3.wang s, jing x, wang y, et al. high char yield of arylboron-containing phenolic resins: the effect of phenylboronic acid on thethermal stability and carbonization of phenolic resins[j]. polymer degradationand stability, 2014, 99: 1-11.